100 RUR boonus esimese tellimuse eest
Vali töö liik Diplomitöö Kursusetöö Abstraktne Magistritöö Praktikaaruanne Artikkel Aruanne Arvustus Kontrolltöö Monograafia Probleemide lahendamine Äriplaan Vastused küsimustele Loovtöö Essee Joonistamine Esseed Tõlkesitlused Tippimine Muu Teksti unikaalsuse suurendamine Magistritöö Laboritöö On-line abi
Uuri hinda
Geneetiline informatsioon on organismi omaduste programm, mis on saadud esivanematelt ja põimitud pärilikesse struktuuridesse geneetilise koodi kujul. Geneetiline informatsioon määrab organismi morfoloogilise struktuuri, kasvu, arengu, ainevahetuse, vaimse ülesehituse, eelsoodumuse haigustele ja organismi geneetilised defektid.
Kaasaegne bioloogia väidab, et üks elu põhijooni on enesepaljunemine. Isepaljunemine on elusorganismi võime paljuneda, sünnitada ja kasvatada oma liiki.
Nagu teada, registreeritakse geneetiline (pärilik) teave DNA molekuli ahelas lihtsamate molekulide järjestuse kujul - nukleotiidijäägid, mis sisaldavad ühte neljast alusest: adeniin (A), guaniin (G) - puriini alused, tsütosiin (C) ja tümiin (T ) - pürimidiini alused.
Seega peame meeles pidama, mida me DNA molekuli kohta teame.
DNA molekuli struktuuri uurisid 1953. aastal J. Watson ja F. Crick. Nad leidsid, et DNA molekul koosneb kahest ahelast, mis moodustavad topeltheeliksi, mis keerdub paremale (päripäeva). Nukleotiidijäägid on "kinnitatud" DNA spiraalse ahela (koosneb vahelduvatest fosfaadi- ja desoksüriboosi suhkrujääkidest) polümeeri selgroo külge. Vesiniksidemed tekivad ühe ahela puriinaluse ja teise ahela pürimidiinaluse vahel. Need alused moodustavad täiendavaid paare (alates lat. komplementum- lisamine). Vesiniksidemete moodustumine komplementaarsete aluspaaride vahel on tingitud nende ruumilisest vastavusest. Pürimidiini alus on komplementaarne puriini alusega. Vesiniksidemed teiste aluspaaride vahel takistavad nende sobitumist kaksikheeliksi struktuuriga.
DNA ahelad on komplementaarsed, st. nende nukleotiidide vahel on vastastikune vastavus, mis moodustavad Watson-Cricki paarid G-C ja A-T. Topeltheeliksi ahelad ise on antiparalleelsed.
Joonis 1. DNA molekuli skemaatiline vaade
Joonisel 2 on kujutatud osa DNA molekuli dešifreeritud struktuurist.
Niisiis, tuletagem meelde, et enesepaljundamise aluseks on võime DNA molekulid dubleerimiseks, mida nimetatakse DNA replikatsiooniks.
Replikatsioon DNA põhineb komplementaarsuse põhimõttel, mida illustreerib hästi joonisel 3 näidatud diagramm.
Joonis 3. DNA molekuli dubleerimine.
Elusrakus toimub dubleerimine, kuna kaks spiraalset ahelat lahknevad ja seejärel toimib iga ahel matriitsina, millele spetsiaalsete ensüümide abil pannakse kokku uus temaga sarnane DNA spiraalne ahel. Selle tulemusena moodustub ühe DNA asemel kaks, mille struktuur ei erine algsest DNA molekulist (joonis 4).
Joonis 4. DNA replikatsioon
Selle tulemusena tekib kaks DNA kaksikheeliksi (tütarmolekulid), millest igaühel on üks ahel, mis on tuletatud emamolekulist ja üks ahel, mis on sünteesitud komplementaarsel põhimõttel.
Nüüd arutame, kuidas teavet lahtris edastatakse. Tuletame teile seda meelde juures DNA molekuli osa, mis toimib ühe valgu sünteesi mallina, nimetatakse genoom. Geneetilise teabe rakendamine toimub valgumolekulide sünteesi protsessis, kasutades kolme RNA-d: messenger RNA (mRNA), transpordi RNA (tRNA) ja ribosomaalne RNA (rRNA). Infoedastusprotsess toimub kahel viisil: - otsesidekanali kaudu (DNA - RNA - valk); ja tagasisidekanali kaudu (keskkond – valk – DNA).
Valkude süntees toimub raku ribosoomides. Nad saavad tuumast informatsiooni (või sõnumitooja) RNA-d (mRNA), mis võib tungida läbi tuumamembraani läve. Mis on mRNA?
mRNA on:
a) üheahelaline molekul, mis on komplementaarne ühe DNA ahelaga;
b) DNA koopia
c) koopia mitte kogu DNA molekulist, vaid ainult selle osast (pikkuses). See osa vastab ühele või külgnevate geenide rühmale
d) spetsiaalse ensüümi - RNA polümeraasi - toimel moodustunud molekul, mis mööda DNA ahelat liikudes viib mRNA sünteesini; seda protsessi nimetatakse transkriptsiooniks.
Kuidas määratakse selle DNA osa pikkus, millest tehakse koopia mRNA kujul? Selle osa alguses ja lõpus on spetsiifilised nukleotiidjärjestused, mida RNA polümeraas suudab "ära tunda" ja seega lugemiskoha "määratleda".
Kogu erinevate ensüümvalkude replikatsiooniprotsess on väga koordineeritud, mistõttu kasutatakse sageli terminit "replikatsioonimasin". Replikatsioon toimub väga suure täpsusega. Imetajate DNA koosneb 3 miljardist nukleotiidipaarist ja paljunemisprotsessis on lubatud mitte rohkem kui 3 viga.
Samas tuleb meeles pidada, et süntees toimub suurel kiirusel – 50-500 nukleotiidi/sek, seetõttu on rakul spetsiaalsed korrigeerimismehhanismid: DNA polümeraasid kontrollivad topelt nukleotiidide vastavust algse maatriksiga.
Niisiis, valgusünteesi protsessis siseneb tuumamembraani läbinud mRNA tsütoplasmasse ribosoomidesse, kus see viiakse läbi:
a) geneetilise teabe dekodeerimine,
b) biopolümeervalgu makromolekuli süntees aminohapetest.
Aminohapped toimetatakse ribosoomidesse ülekande-RNA-de (tRNA-de) abil. Rakus on sama palju aminohappeid, kui palju on aminohappeid kodeerivaid koodoneid.
Geneetiline kood
Geneetiline teave sisaldub nukleotiidide järjestuses. See tähendab, et rangelt määratletud nukleotiidide järjestus vastab konkreetsele aminohappele ning teatud järjestus ja aminohapete arv vastab omakorda konkreetsele valgu struktuurile.
Seega kannab mRNA geneetilist teavet geneetilise koodi kujul, mis nelja tähemärgi (neli nukleotiidi A, G, C, U) abil määrab mistahes 20 aminohappest.
Geneetilise koodi omadused:
A). Kood on kolmik
Kõik 20 aminohapet on krüpteeritud 3 nukleotiidist koosneva järjestusega. Seda järjestust nimetatakse koodoniks.
b). Kood on degenereerunud.
Iga aminohapet kodeerib rohkem kui üks koodon (2 kuni 6 koodonit aminohappe kohta).
V). Kood on selge.
Iga koodon vastab ainult ühele aminohappele.
G). Geneetiline kood on universaalne, s.t. on kõigi planeedi elusorganismide jaoks sama.
Seega on geen "kolmetäheliste sõnade" - neljatähelisest tähestikust moodustatud koodonite - vaheldumine.
Eriti tuleb rõhutada geneetilise koodi universaalsust – selle abil kodeeritakse kogu info nii kõige lihtsama üherakulise organismi kui ka inimese kohta. Kuid esimesel juhul sai hakkama lihtsama koodiga ja teisel oleks parem kasutada arenenumat (keerulisemat) koodi. Seetõttu on geneetilise koodi ühtsus väga võimas argument, mis toetab kogu Maa elu ühtset arenguteekonda.
Inimese genoomi programm
Rahvusvaheline programm Human Genome on pühendatud inimese geenide kaardistamise probleemi lahendamisele. Inimese DNA-s on geene umbes 50-60 tuhat, mis on vaid 3% kogu DNA pikkusest; ülejäänud 97% roll on siiani ebaselge.
Iga inimese rakk sisaldab 46 DNA molekuli, mis jagunevad 23 kromosoomipaariks. Kromosoomid on struktuurid, mida mööda on jaotatud terviklik DNA molekul. Ühe inimese raku kõigi 46 DNA molekuli kogupikkus on umbes 2 meetrit. Täiskasvanud inimese kehas olevate 5x1013 rakust koosnevate DNA molekulide kogupikkus on 1011 km, mis on tuhat korda suurem kui kaugus Päikesest Maani.
Praeguseks on inimese DNA täielik järjestus peaaegu täielikult dešifreeritud.
Uurimistöö põhieesmärk on uurida DNA variatsioone üksikute indiviidide erinevates organites ja rakkudes ning tuvastada nendevahelisi geneetilisi erinevusi. Selliste erinevuste analüüs võimaldab luua inimestest individuaalseid geeniportreesid, mis võimaldavad haigusi paremini ravida. Lisaks paljastab selline analüüs populatsioonide erinevusi ja tuvastab geograafilised piirkonnad, kus on suurem oht inimese genoomi kahjustada.
Nii sai tänu genoomiuuringutele selgeks, et elu evolutsiooni käigus Maal tekkisid esmalt tuumadeta rakke omavate arheide esindajad, hiljem aga eukarüootid (koosnevad tuumadega rakkudest), sealhulgas inimesed.
Genoomiuuringud on näidanud ka sarnasusi mitteseotud liikide nukleotiidjärjestustes. See viitab sellele, et evolutsiooni käigus kandus geene ühelt liigilt teisele. Näiteks selgus, et inimese ja hiire genoomid on väga lähedased – nende nukleotiidjärjestused langevad kokku üle 90%.
Geneetiline informatsioon on organismi omaduste programm, mis on saadud esivanematelt ja põimitud pärilikesse struktuuridesse geneetilise koodi kujul.
Eeldatakse, et geneetilise informatsiooni kujunemine toimus järgmise skeemi järgi: geokeemilised protsessid - mineraalide teke - evolutsiooniline katalüüs (autokatalüüs).
Peaaegu kogu geneetiline informatsioon on talletatud raku tuumas. Vaatame, mis see on ja mis kujul see on.
DNA või viiruste puhul RNA vastutab geneetilise teabe eest. Tuuma sees on DNA "volditud" struktuurideks, mida nimetatakse kromosoomideks. Inimkeha sisaldab rohkem kui 2 meetrit DNA-d. Teave valkude struktuuri kohta krüpteeritakse spetsiaalse geneetilise koodiga DNA ja RNA molekulidele. See teave edastatakse DNA replikatsiooni (kahekordistumise) protsessi kaudu. Geneetilist teavet saame sünnihetkel emalt ja isalt paljude geenide kujul. Huvitav on see, et kõik meie keha rakud sisaldavad sama geneetilist teavet. Kuidas on siis võimalik, et erinevad rakud täidavad täiesti erinevaid funktsioone? Fakt on see, et kogu geneetiline teave ei realiseeru rakkudes, vaid ainult vajalikud lõigud - geenid.
Võimalik, et esimesed primitiivsed geenid olid mikrokristallilised savikristallid ja iga uus savikiht on ehitatud vastavalt eelmise struktuuri iseärasustele, justkui saaks sealt infot struktuuri kohta.
Geneetilise teabe rakendamine toimub valgumolekulide sünteesi protsessis, kasutades kolme RNA-d: messenger RNA (mRNA), transpordi RNA (tRNA) ja ribosomaalne RNA (rRNA). Infoedastusprotsess toimub: - otsesidekanali kaudu: DNA - RNA - valk; ja - tagasisidekanali kaudu: keskkond - valk - DNA.
Elusorganismid on võimelised informatsiooni vastu võtma, talletama ja edastama. Veelgi enam, elusorganismidele on omane soov enda ja ümbritseva maailma kohta saadud teavet võimalikult tõhusalt kasutada. Geenidesse kinnistunud pärilik teave, mis on vajalik elusorganismi eksisteerimiseks, arenemiseks ja paljunemiseks, kandub igalt indiviidilt edasi tema järglastele. See teave määrab organismi arengusuuna ja selle keskkonnaga suhtlemise protsessis võib reaktsioon tema indiviidile moonduda, tagades sellega järeltulijate arengu. Elusorganismi evolutsiooni käigus tekib ja jäetakse meelde uus teave, sealhulgas suureneb teabe väärtus selle jaoks.
Päriliku teabe rakendamisel teatud keskkonnatingimustes kujuneb antud bioloogilise liigi organismide fenotüüp.
Geneetiline informatsioon määrab organismi morfoloogilise struktuuri, kasvu, arengu, ainevahetuse, vaimse ülesehituse, eelsoodumuse haigustele ja organismi geneetilised defektid.
Paljud teadlased, rõhutades õigustatult teabe rolli elusolendite kujunemises ja arengus, märkisid seda asjaolu elu ühe peamise kriteeriumina. Niisiis, V.I. Karagodin usub: "Elamine on selline teabe ja selle poolt kodeeritud struktuuride olemasolu vorm, mis tagab selle teabe taastootmise sobivates keskkonnatingimustes." Info ja elu seost märgib ka A.A. Ljapunov: "Elu on väga korrastatud aine olek, mis kasutab püsivate reaktsioonide arendamiseks üksikute molekulide olekute poolt kodeeritud teavet." Meie kuulus astrofüüsik N.S. Kardašev rõhutab ka elu informatiivset komponenti: „Elu tekib tänu võimalusele sünteesida teatud tüüpi molekule, mis on võimelised meeles pidama ja kasutama algul kõige lihtsamat teavet keskkonna ja oma struktuuri kohta, mida nad kasutavad enesesäilitamiseks. , paljundamiseks ja, mis on meie jaoks eriti oluline, rohkema saamiseks.” rohkem infot. Ökoloog F. Tipler juhib oma raamatus “Surematuse füüsika” tähelepanu sellele elusorganismide võimele teavet säilitada ja edastada: “Mina defineerin elu kui teatud tüüpi kodeeritud teavet, mida säilitab looduslik valik.” Veelgi enam, ta usub, et kui see nii on, siis on eluinfosüsteem igavene, lõpmatu ja surematu.
Geneetilise koodi avastamine ja molekulaarbioloogia seaduste kehtestamine näitas vajadust ühendada kaasaegne geneetika ja Darwini evolutsiooniteooria. Nii sündis uus bioloogiline paradigma – sünteetiline evolutsiooniteooria (STE), mida võib juba käsitleda kui mitteklassikalist bioloogiat.
Darwini evolutsiooni põhiideed koos selle triaadiga - pärilikkus, muutlikkus, looduslik valik - on tänapäevases elusmaailma evolutsiooni mõistmises täiendavad ideed mitte ainult looduslikust valikust, vaid valikust, mis on määratud geneetiliselt. Sünteetilise ehk üldise evolutsiooni arengu alguseks võib pidada S.S. Chetverikov populatsioonigeneetikast, milles näidati, et valikule ei kuulu mitte individuaalsed omadused ja indiviidid, vaid kogu populatsiooni genotüüp, kuid see viiakse läbi üksikute indiviidide fenotüübiliste omaduste kaudu. See põhjustab kasulike muutuste levikut kogu elanikkonnas. Seega realiseerub evolutsiooni mehhanism nii juhuslike mutatsioonide kaudu geneetilisel tasandil kui ka kõige väärtuslikumate tunnuste (informatsiooni väärtus!) pärandumise kaudu, mis määravad mutatsioonitunnuste kohanemise keskkonnaga, pakkudes kõige elujõulisemaid järglasi.
Hooajalised kliimamuutused, mitmesugused loodus- või inimtegevusest tingitud katastroofid ühelt poolt toovad kaasa muutusi populatsioonide geenide kordumise sageduses ja sellest tulenevalt päriliku varieeruvuse vähenemise. Seda protsessi nimetatakse mõnikord geneetiliseks triiviks. Ja teisalt erinevate mutatsioonide kontsentratsiooni muutustele ja populatsioonis sisalduvate genotüüpide mitmekesisuse vähenemisele, mis võib kaasa tuua muutusi valiku suunas ja intensiivsuses.
Geneetiline kood on süsteem geneetilise teabe salvestamiseks nukleiinhappemolekulis polüpeptiidi molekuli struktuuri kohta, nimelt aminohapete arvu, paigutuse järjestuse ja tüüpide kohta. Üks geen sisaldab informatsiooni ühe polüpeptiidahela kohta, s.t. Valkude esmase struktuuri kohta.
Geneetilisele koodile on iseloomulik kolmik, s.o. kolm nukleotiidi, mis paiknevad järjestikku nukleiinhappeahelas (DNA või RNA), moodustavad kolmiku või koodoni (koodsõna), mis kodeerib ühte aminohapet ja selle asukohta peptiidahelas. Koodonid erinevad järjestuse ja nukleotiidide tüüpide (lämmastikualuste) poolest. Koodoneid on 64 tüüpi, mis vastab 4 võimalike kombinatsioonide arvule (4 tüüpi nukleotiidid, mis erinevad lämmastikualuste poolest) 3-st (43). Neist 61 on informatiivsed koodonid, mis määratlevad (kodeerivad) aminohappeid. 3 koodonit (DNA-s - ATT, ATC, ACC, vastavalt mRNA-s - UAA, UAG, UGA) nimetatakse stoppkoodoniteks, mis tagavad valguahela sünteesi lõpu. Koodon TAC DNA-s või AUG mRNA-s (kodeerib aminohapet metioniini) on lähtekoodon, st. on geenis esikohal ja sellest algab peptiidide süntees.
Geneetilise koodi dešifreerimisel selgus, et enamikku aminohappeid kodeerivad mitmed erinevad koodonid ehk teisisõnu on olemas koodonid – sünonüümid, mis sageli erinevad vaid kolmandate nukleotiidide (lämmastiku alused) poolest. Näiteks DNA koodonid CGA, CGG, CTG kodeerivad alaniini ja koodonid GCA, GCG, GCT, GCC, TCT, TCC – arginiini. Seda geneetilise koodi omadust nimetatakse degeneratsiooniks või koondamiseks.
Samas näidati, et üks koodon kodeerib ainult ühte aminohapet, s.t. see võib sisaldada teavet ainult ühe aminohappe kohta – teisisõnu, geneetiline kood on üheselt mõistetav.
Geneetilisel koodil on ka mittekattuvus, mis tähendab, et koodonid on paigutatud lineaarselt ja üks nukleotiid sisaldub ainult ühes koodonis; ja pidevus - koodonid ei ole üksteisest eraldatud, nad paiknevad nukleiinhappeahelas üksteise järel, s.o. koodonite vaheline kaugus vastab nukleotiidide vahelisele kaugusele ja koodonite algust või lõppu näitavad signaalid puuduvad.
Geneetilise koodi universaalsus eeldab, et kõigi organismide geneetilist koodi iseloomustavad samad omadused (kolmiksus, degeneratsioon jne); ja et koodonite tähendus on kõigis organismides sama (välja arvatud mõned koodonid mitokondrites ja bakterites).
Kõigis prokarüootsetes ja eukarüootsetes organismides registreeritakse geneetiline teave ainult ühes DNA ahelas, mida nimetatakse kodogeenseks (informatiivne või oluline) ja mida tähistatakse märgiga "+", teine ahel ei kanna geneetilist teavet - mittekodogeenne (mitteinformatiivne). või ebaoluline) ja on tähistatud märgiga “–”.
Geneetilise informatsiooni säilitamine
Kuidas tekivad terve inimese punastes verelibledes miljoneid identseid hemoglobiini molekule, tavaliselt ilma ühegi veata aminohapete paigutuses? Miks on sirprakuliste patsientide punaste vereliblede kõigil hemoglobiinimolekulidel ühes ja samas kohas sama viga?
Nendele küsimustele vastamiseks vaatame printimise näidet. Näiteks ilmus käibele raamat N eksemplari. Kõik N raamatut trükiti samast mallist – tüpograafilisest maatriksist, seega on need täpselt samad. Kui maatriksisse oleks pugenud viga, oleks see kõigis koopiates reprodutseeritud. Maatriksi rolli elusorganismide rakkudes täidavad DNA molekulid. Iga raku DNA ei kanna teavet mitte ainult struktuursete valkude kohta, mis määravad raku kuju (meenutagem punast vereliblet), vaid ka kõigi ensüümvalkude, hormoonvalkude ja muude valkude kohta.
Süsivesikud ja lipiidid tekivad rakus keeruliste keemiliste reaktsioonide tulemusena, millest igaüks katalüüsib oma ensüümvalk. Omades teavet ensüümide kohta, programmeerib DNA teiste orgaaniliste ühendite struktuuri ning juhib ka nende sünteesi ja lagunemise protsesse.
Kuna DNA molekulid on kõigi valkude sünteesi mallid, sisaldab DNA teavet rakkude struktuuri ja aktiivsuse, iga raku ja organismi kui terviku kõigi omaduste kohta.
Iga valku esindab üks või mitu polümeeriahelat. DNA molekuli osa, mis toimib mallina ühe polüpeptiidahela, st enamikul juhtudel ühe valgu sünteesil, nimetatakse geeniks. Iga DNA molekul sisaldab palju erinevaid geene. Kogu DNA molekulides sisalduvat teavet nimetatakse geneetiliseks. Idee, et geneetiline informatsioon registreeritakse molekulaarsel tasemel ja et valkude süntees toimub maatriksi põhimõttel, sõnastas esmakordselt 20ndatel aastatel silmapaistev Vene bioloog N. K. Koltsov.
Inimese geneetilise koodi dekodeerimine
2006. aasta mais avaldasid inimgenoomi dešifreerimisega tegelevad teadlased 1. kromosoomi täieliku geneetilise kaardi, mis oli viimane inimese kromosoom, mida ei olnud täielikult sekveneeritud.
2003. aastal avaldati esialgne inimese geneetiline kaart, mis tähistas inimgenoomi projekti ametlikku lõpuleviimist. Selle raames sekveneeriti genoomi fragmendid, mis sisaldasid 99% inimese geenidest. Geenide tuvastamise täpsus oli 99,99%. Projekti lõpetamise ajaks oli aga 24 kromosoomist täielikult sekveneeritud vaid neli. Fakt on see, et kromosoomid sisaldavad lisaks geenidele fragmente, mis ei kodeeri mingeid tunnuseid ega osale valkude sünteesis. Nende fragmentide roll keha elus on teadmata, kuid üha rohkem teadlasi kaldub uskuma, et nende uurimine nõuab kõige suuremat tähelepanu.
Inimgenoomi sekveneerimise töö viimane osa võttis teadlastel aega umbes kolm aastat. 1. kromosoomi dešifreerimine võttis kõige kauem aega, kuna see kromosoom on pikim kogu genoomis. See on kuus korda pikem kui lühimad kromosoomid (21, 22 ja Y). See sisaldab umbes 8% geneetilisest koodist: 3141 geeni ja 991 pseudogeeni, kusjuures paljud kodeerivad järjestused kattuvad. Kromosoomi mutatsioonid ja kõrvalekalded põhjustavad enam kui 350 haiguse, sealhulgas vähi esinemist. Seega ei saa selle kromosoomi täieliku kaardi avaldamise tähtsust ülehinnata.
Pärilik teave LOOMAEMBRYOLOOGIA
PÄRILIKU TEAVE, GENEETILINE TEAVE – pärimise teel edastatav teave organismi omaduste ja omaduste kohta. Mitmerakulistes organismides edastatakse see sugurakkude - sugurakkude kaudu. See on kirjutatud nukleotiidide järjestusena DNA molekulis, mis määrab konkreetsete rakuvalkude sünteesi ning organismi kõigi omaduste ja omaduste vastava arengu.
Üldembrüoloogia: Terminoloogiline sõnastik - Stavropol. O.V. Dilekova, T.I. Lapina. 2010 .
Pärilik teave- * pärilik teave * pärilik teave nukleotiidide järjestus DNA molekulis, mis määrab spetsiifiliste rakuvalkude, RNA, tRNA sünteesi ja nende arengu organismi vastavate omaduste alusel (). Pärandatud vara on...... Geneetika. entsüklopeediline sõnaraamat
PÄRILIKU TEAVE- geneetiline teave keha pärilike struktuuride kohta, mis on saadud esivanematelt geenikomplekti kujul. Ökoloogiline entsüklopeediline sõnastik. Chişinău: Moldaavia nõukogude entsüklopeedia peatoimetus. I.I. Dedu. 1989... Ökoloogiline sõnastik
pärilikku teavet- vt Geneetiline teave... Suur meditsiiniline sõnastik
Pärilik teave- Nukleiinhapped (ladina keelest nucleus nucleus) on kõrgmolekulaarsed orgaanilised ühendid, biopolümeerid (polünukleotiidid), mis moodustuvad nukleotiidijääkidest. Nukleiinhapped DNA ja RNA esinevad kõigi elusorganismide rakkudes ja täidavad... ... Wikipedia
PÄRILIKU TEAVE- nukleotiidide järjestus DNA molekulis, mis määrab spetsiifiliste rakuvalkude sünteesi ja nende arengu organismi vastavate omaduste alusel...
Geneetiline (pärilik) teave- programmid, mis on spetsiifiliselt organismidesse kodeeritud ja mille nad on saanud oma esivanematelt ja mis on manustatud nende pärilikesse struktuuridesse geenikomplekti kujul, mis kirjeldavad keha moodustavate ainete koostist, struktuuri ja ainevahetuse olemust...
Pärilik ülekanne- esindab pärandi vastuvõtmise õiguse üleminekut, st kui pärija, kes on testamendi või seadusega pärima kutsutud, suri pärast pärandi avanemist, ilma et tal oleks olnud aega seda ettenähtud tähtaja jooksul vastu võtta, on õigus vastu võtta. mis pidi ... ... Wikipedia
Geneetiline teave (pärilik)- (vt Informatsioon, Geneetika) organismi omaduste programm, mis on põimitud päritud struktuuridesse (DNA, osaliselt RNA-sse) ja saadud esivanematelt geneetilise koodi kujul. Pärandinfo määrab morfoloogilise struktuuri, kasvu, arengu, ainevahetuse... ... Kaasaegse loodusteaduse algus
geneetiline teave- (sün. pärilik teave) teave keha ehituse ja funktsioonide kohta, mis on põimitud geenide komplekti ... Suur meditsiiniline sõnastik
GENEETILINE TEAVE- vaata pärilikku teavet... Botaanikaterminite sõnastik
Ülesanne A28
Rakkude ainevahetus. Energia metabolism ja fotosüntees. Malli sünteesi reaktsioonid
2.5 Ainevahetus ja energia muundamine - elusorganismide omadused. Energia ja plastiline ainevahetus, nende seos. Energia metabolismi etapid. Käärimine ja hingamine. Fotosüntees, selle tähendus, kosmiline roll. Fotosünteesi faasid. Fotosünteesi valguse ja tumedad reaktsioonid, nende seos. Kemosüntees. Kemosünteetiliste bakterite roll Maal
Ainevahetus.
Kõigi elusorganismide peamine omadus on ainevahetus, mis on omavahel seotud ainete muundamise protsesside kogum kehas. Ainevahetuse aluseks on sünteesi- ja lagunemisprotsessid, mis on tegelikult vastandlikud, kuid moodustavad ühtse terviku.
| Ainevahetus (ainevahetus) | |
| Energia metabolism (katabolism, dissimilatsioon, lagunemine) | Plastiline ainevahetus (anabolism, assimilatsioon, süntees) |
| Komplekssed ained jaotatakse lihtsamateks. | Keerukamad ühendid sünteesitakse lihtsamatest. |
| Energia vabaneb. Osa sellest hoitakse ATP-s ja teine osa hajub soojusena. | ATP laguneb ja vabanev energia kulutatakse äsja sünteesitud molekulide keemiliste sidemete moodustamiseks. |
| Keha on varustatud kõigi elutähtsate protsesside, sealhulgas plastiliste ainevahetusreaktsioonide jaoks vajaliku energiaga. | Keha varustatakse kasvuks, keha arenguks ja elutähtsateks protsessideks vajalike ehitusmaterjalidega. |
Tabel näitab, et plasti- ja energiaainevahetus on vastupidised protsessid. Vaatame näidet.
6CO 2 + 6H 2 O + energia ↔ C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Loe vasakult paremale, see on fotosünteesi (ehk plastivahetuse) lihtsustatud võrrand, mille käigus tekivad päikeseenergia abil süsihappegaasist ja veest süsivesikud ning eraldub hapnik. Ja kui lugeda paremalt vasakule, siis see on lihtsustatud võrrand glükoosi lagunemiseks (st energia ainevahetuseks), mille käigus tekib süsihappegaas ja vesi ning vabaneb energia.
Plastiline ja energia ainevahetus on omavahel tihedalt seotud. Energia metabolismi reaktsioonid toimuvad plastilise ainevahetuse käigus tekkivate ensüümide osalusel. Aga nende samade ensüümide tekkeks on vaja energiat, mis vabaneb energiavahetuse reaktsioonide käigus.
Energia metabolismi etapid.
1) esimene etapp - ettevalmistav:
· esineb seedesüsteemis ja (või) lüsosoomides;
· polümeerid lagunevad monomeerideks (valgud aminohapeteks, polüsahhariidid monosahhariidideks), rasvad glütserooliks ja rasvhapeteks;
· energiat eraldub vähe, see kõik hajub soojuse kujul, ATP-d ei teki.
2) teine etapp - glükolüüs (anaeroobne staadium, anoksiline staadium):
esineb tsütoplasmas;
· glükoos lagundatakse püroviinamarihappeks (PVA);
· Tekib 2 ATP molekuli;
Püroviinhappe saatus sõltub hapniku olemasolust ja sellest, kelle rakkudest see tekkis. Kui rakkudes on piisavalt hapnikku, siis PVC satub mitokondritesse ja seal oksüdeerub täielikult süsihappegaasiks ja veeks (kolmas etapp). Hapnikupuuduse korral muutub PVA piimhappeks. Näiteks pikaajalisel treeningul koguneb lihastesse piimhape.
Mõnes organismis (näiteks pärmis) on glükolüüsi produkt alkohol. Seda protsessi nimetatakse alkohoolseks kääritamiseks. Anaeroobsetes organismides on glükolüüs ainus viis energia saamiseks.
3) kolmas etapp - täielik oksüdatsioon (aeroobne staadium, hapnikustaadium, rakuhingamine):
· esineb mitokondrites (mitmeid algreaktsioone arvestamata);
· Moodustub 36 ATP molekuli;
· PVC oksüdeerub täielikult süsinikdioksiidiks ja veeks.
Selles etapis on kolm põhipunkti:
Esiteks muutub PVK spetsiaalseks aineks nimega atsetüül-CoA ja just see siseneb mitokondritesse;
Mitokondriaalses maatriksis osaleb atsetüül-CoA Krebsi tsüklis (trikarboksüülhappe tsükkel) ja oksüdeerub täielikult süsinikdioksiidiks;
Sisemembraani voltidel (cristae) toimub oksüdatiivne fosforüülimine, mille käigus sünteesitakse suurem osa ATP-st.
Fotosüntees.
Fotosüntees on orgaaniliste ainete loomine anorgaanilistest, kasutades päikesevalguse energiat. Fotosüntees toimub kloroplaste sisaldavates taimerakkudes ja tsüanobakterirakkudes. Fotosüntees hõlmab kahte etappi: hele ja tume.
Valguslava.
· Esineb ainult valguses.
· Esineb tülakoidmembraanidel, mis on moodustunud kloroplastide sisemembraanist.
· Toimub vee fotolüüs, mille tulemusena tekib molekulaarne hapnik, mis antud juhul on kõrvalsaadus ja viiakse keskkonda. Vee fotolüüsi käigus tekivad ka vesiniku ioonid (H +), mis seostuvad kande molekulidega (NADP) ja mida seejärel kasutatakse pimeda faasi reaktsioonides.
· Tekib ATP, mis on vajalik ka tumeda faasi reaktsioonide jaoks.
Pime lava.
· Esineb kloroplasti stroomas.
· Süsinikdioksiid imendub keskkonnast ja satub kloroplastidesse.
· NADP∙H (tekib valgusfaasis) eraldab vesinikku;
· Protsessile kulub ATP energia: 6CO 2 + 24H → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O;
· Tekib glükoos, mis seejärel muundatakse tärkliseks.
Kemosüntees.
Kemosüntees– orgaaniliste ainete moodustumine anorgaanilistest ainetest, kasutades anorgaaniliste ühendite oksüdeerumisel vabanevat energiat. Kemosünteesi avastas kodumaine teadlane S.N. Vinogradski. Nagu kõik autotroofsed organismid, mängivad kemosünteetilised bakterid biosfääris tootjate rolli.
Kemotroofsete organismide hulka kuuluvad mitmed bakterid:
1) väävlibakterid oksüdeerivad vesiniksulfiidi väävliks või sulfaatideks;
2) rauabakterid oksüdeerivad Fe +2 kuni Fe +3
3) vesinikbakterid, molekulaarne vesinik, mis vabaneb lagunemisel H +-ks;
4) nitrifitseerivad bakterid oksüdeerivad ammoniaagi nitrititeks ja nitraatideks.
Ühtse riigieksamil testitud sisuelemendid:
2.6 Geneetiline informatsioon rakus. Geenid, geneetiline kood ja selle omadused.
Biosünteesireaktsioonide maatriks olemus. Valkude ja nukleiinhapete biosüntees
Pärilik teave.
Kõik organismid erinevad üksteisest mitmel viisil. Kõik ainevahetuse välised ja sisemised tunnused ja tunnused sõltuvad teatud valkude olemasolust organismis . Pärilik teave on teave valkude kohta, mida tuleb organismis sünteesida. Ja kui pärilik teave on teave valkude kohta, siis selle teabe rakendamine on valgusünteesi protsess. Pärilik teave salvestatakse DNA molekulidesse (või mõnel viirusel RNA-sse). Nimetatakse DNA osa, mis sisaldab teavet valgu primaarse struktuuri kohta genoom.
Geneetiline kood.
DNA (ja seega iga geen) on nukleotiidide järjestus ja valk on aminohapete järjestus. Nimetatakse põhimõtet, et DNA nukleotiidide järjestus sobitatakse valgu aminohapete järjestusega geneetiline kood.
Geneetilise koodi omadused:
1) Kolmik – iga aminohape on kodeeritud kolme nukleotiidiga. Kolm nukleotiidi – kolmik.
2) Spetsiifilisus (üheselt mõistetavus) – iga kolmik kodeerib ainult ühte hapet. Näiteks kolmik AAA kodeerib ainult aminohapet fenüülalaniini ja mitte midagi muud.
3) Redundantsus (degeneratsioon) – aminohapet võivad kodeerida erinevad kolmikud. Näiteks võib aminohappe seriini kodeerida ükskõik milline kuuest kolmikust: AGA, AGG, AGC, AGT, TCA, TCG. Geneetilise koodi liiasuse tõttu ei mõjuta mõned geenimutatsioonid fenotüüpi. Näiteks AG-tripleti viimase nukleotiidi asendamine Aühelegi teisele ei muuda valgu aminohapete järjestust kuidagi, sest saadud uus kolmik kodeerib ikkagi aminohapet seriini.
4) Universaalsus – geneetiline kood on kõigil elusorganismidel sama. Seega kodeerib AAA kolmik fenüülalaniini inimestel, seentes, taimedes, bakterites ja viirustes. Geneetilise koodi universaalsus annab tunnistust orgaanilise maailma päritolu ühtsusest. Tänu geneetilise koodi universaalsusele on võimalik geene “siirdada” ühe liigi genoomist teise genoomi, mis on geenitehnoloogia aluseks.
5) Kirjavahemärkide olemasolu. On kolmikuid, mis ei kodeeri aminohappeid. Need on signaaliks konkreetse polüpeptiidjärjestuse sünteesi alguse või lõpu kohta.
20. sajandi 50. aastatel tehti bioloogia vallas olulisemad avastused: harutati lahti elu põhimolekuli ehk DNA molekuli struktuur. Geenidisaineri tööpõhimõtted nägid välja hiilgavalt lihtsad ja loogilised ning määrasid bioloogia arengu vähemalt pooleks sajandiks, muutudes praktiliselt bioloogiliseks dogmaks. Kuid nagu hiljutised uuringud näitavad, on geneetilise konstruktori üksikasjad palju mitmekesisemad ja keerukamad, kui seni arvati. Bioloogiateaduste doktor, Venemaa Teaduste Akadeemia paleontoloogiainstituudi töötaja Aleksandr Markov räägib viimastest uuringutest päriliku teabe säilitamise ja edastamise valdkonnas.
Klassikaline geneetika
Klassikalised ideed geneetilise pärilikkuse mehhanismide kohta arenesid 50-60ndatel aastatel molekulaarbioloogide tehtud suurte avastuste tulemusena. Esiteks on see DNA struktuuri dekodeerimine ja geneetilise koodi dešifreerimine. See tähendab, et sai selgeks, et pärilik teave salvestatakse DNA molekulidesse nelja "tähe" - nukleotiidide - järjestuse kujul. See teave kopeeritakse DNA-st RNA-sse ja seejärel kasutatakse geeni koopiat valgusünteesi juhisena. Valgud teevad meie kehas kogu põhitöö. Need määravad selle kogu struktuuri ja kõik funktsioonid. Ja iga kolm geneetilise koodi tähte kodeerivad aminohapet ja valgud koosnevad aminohapetest. Need avastused tekitasid bioloogides teatava eufooria, tundus, et elu mõistatus on lahendatud. Ja see on viinud avatud mehhanismide teatud dogmatiseerimiseni. Ja sai üldtunnustatud, et pärilikku teavet salvestatakse DNA molekulidesse ainult nii, et see teave edastatakse ahelas DNA-st, see tähendab geenidest, RNA kaudu valkudesse. Aga info ei saa liikuda vastupidises suunas – valkudest DNA-sse. Ainus viis, kuidas pärilikud muutused tekivad, on juhuslikud vead DNA molekulide või mutatsioonide kopeerimisel.
Ja sellised ideed osutusid väga kasulikuks, teaduse arengu jaoks väga produktiivseks ja viisid molekulaarbioloogia plahvatusliku arenguni. Kuid uurimise käigus sai tasapisi selgeks, et tegelikult oli esialgne skeem liiga lihtsustatud ja tegelikult on kõik palju keerulisem ja mitte nii lihtne. Selgus, et esiteks ei teki pärilikud muutused mitte ainult juhuslike mutatsioonide tagajärjel. Teiseks ei edastata pärilikku teavet mitte ainult mööda seda ühesuunalist ahelat. Ja lõpuks, kolmas asi on see, et pärilikku teavet saab salvestada mitte ainult DNA-sse. Need on kolm peamist punkti, mida tahaksin mainida.
"Teadlikud" mutatsioonid
Pärilikud muutused tekivad mitte ainult juhuslike mutatsioonide tõttu. Mõnel juhul on geenimuutused üsna tähendusrikkad, võiks öelda, et eesmärgipärased. Ilmekas näide on nn geenikonversioon, mis toimub eelkõige patogeensetes bakterites.
Gonorröa tekitajal gonokokkil on pinnavalk, mille järgi immuunsüsteemi rakud selle ära tunnevad. Kui bakterid sisenevad kehasse, õpivad immuunsüsteemi rakud seda gonokoki pinnavalku ära tundma. Ja kui nad õpivad, paljunevad vastavate retseptoritega lümfotsüüdid, mis hakkavad seda gonokokki hävitama. Ja gonokokk võtab ja muudab "teadlikult" oma pinnavalgu geeni nii, et seda enam ära ei tunta. Sellel on pinnavalgu geen ja lisaks on genoomis mitu selle geeni mittefunktsionaalset koopiat, mis on üksteisest veidi erinevad. Ja aeg-ajalt juhtub nii: mõni töötava geeni fragment asendub mõne mittetöötava koopia fragmendiga ja nii muutub geen veidi teistsuguseks, valk muutub veidi erinevaks ja lümfotsüüdid ei tunne seda enam ära. . Selle tulemusena tekib gonorröa vastane immuunsus suurte raskustega või ei teki üldse.
Veel üks näide mittejuhuslikest muutustest ilmneb bakterites reaktsioonina stressile: need suurendavad mutatsioonide kiirust. See tähendab, et kui näiteks E. coli satub stressirohkesse keskkonda, hakkab ta spetsiifiliselt tootma valke, mis DNA kopeerimisel teevad tavapärasest palju rohkem vigu. See tähendab, et nad ise suurendavad mutatsiooni kiirust. Üldiselt on see riskantne samm, soodsatel tingimustel on parem seda mitte teha, sest tekkivate mutatsioonide hulgas on valdav enamus kahjulikud või kasutud. Aga kui nad niikuinii surevad, lülitavad bakterid selle mehhanismi sisse.
Teine teabe edastamise viis: RNA-lt DNA-le
Pärilikku teavet ei edastata mitte ainult ahelas, mis algselt oli DNA - RNA - valk. Esiteks avastati nn pöördtranskriptsiooni fenomen, see tähendab, et teavet saab näiteks mõnes viiruses ümber kirjutada RNA-lt DNA-le, see tähendab vastupidises suunas. Selgus, et see on üsna tavaline protsess. Inimese genoomis on ka vastav ensüüm ja RNA molekulilt pöördtranskriptsiooni tulemusena kirjutatakse osa infost ümber genoomi, DNA-sse.
Kuidas see juhtub? Osa informatsioonist satub RNA-sse, mida DNA-s ei ole. Staadiumis, mil teave eksisteerib RNA kujul, toimub selle teabe aktiivne redigeerimine ja ilmub redaktor. Mõnikord redigeerivad seda valgud ja mõnikord redigeerib RNA ise ennast.
Tüüpiliselt koosnevad kõigis kõrgemates organismides geenid paljudest tükkidest ehk tegemist ei ole pideva DNA järjestusega, kuhu valgu struktuur on kirjas, vaid see lõigatakse tükkideks, mille vahele sisestatakse enam-vähem pikad DNA tükid. need, mis valku ei kodeeri. Neid nimetatakse introniteks. RNA redigeerimisel võib toimuda mitmesuguseid muudatusi. Näiteks saab kodeerimispiirkondi erinevas järjekorras kokku liimida. Ja samas on kõik nii keeruline, et need väljalõigatud RNA tükid on aktiivsed molekulid, mis osalevad aktiivselt kõikides protsessides, reguleerivad aktiivsust mõnes teises geenis, reguleerivad RNA toimetamist, enda oma, teisi. See tähendab, et kõik on mässitud keerukasse interaktsioonide puntrasse.
Oletame, et võtame teksti, lõikame välja mõned ebavajalikud sõnad ja viskame prügikasti. Kujutage nüüd ette, et need mittevajalikud sõnad roomavad korvist välja, ronivad raamatusse tagasi, hakkavad ringi siplema, muudavad mõnda sõna ja integreeruvad kuhugi. Vastupidiselt klassikalisele skeemile selgus, et RNA on kõigis neis infoprotsessides väga aktiivne tegija.
Sellise redigeeritud RNA saab ümber kirjutada DNA-sse ja seega võib teatud määral esineda omandatud tunnuste pärimist. Kuna vorm, mille küps RNA lõpuks omandab, on teatud mõttes omandatud tunnus; selle saab ümber kirjutada DNA-sse ja seejärel ilmub DNA-sse retro-pseudogeen. Ja inimese genoom on selliseid retro-pseudogeene täis.
Mitte ainult DNA ei saa olla päriliku teabe kandja
Pärilikku teavet, nagu selgub, saab registreerida mitte ainult DNA-s, vaid ilmselt ka RNA-s. Aastatel 2005-2006 ilmus lugupeetumates teadusajakirjades mitmeid artikleid, mis tutvustasid katsete tulemusi, kus klassikalise geneetika seadusi lihtsalt räigelt rikuti. Nad võtsid hiired, hiirtel on geen nimega Kit, see täidab palju erinevaid funktsioone ja muuhulgas sõltub sellest ka värv. Eksperimentaalsetel eesmärkidel valmistati selle geeni mutantne versioon "Kit miinus". Iga geen hiirtel ja inimestel on kahes eksemplaris, millest üks pärineb isalt, teine emalt. Kit miinus-miinus genotüübiga hiired lihtsalt surevad. Kit pluss-miinus genotüübiga hiirtel on valged käpad ja valge saba, samas kui Kit pluss-hiirtel on tavaline hall värv. Ja klassikalise geneetika seaduste järgi, kui võtta pluss-miinus hiired, siis peaksime järglastes saama järgmise jaotuse: veerand hiirtest on miinus-miinus genotüübiga ja lihtsalt sureb kohe, veerand hiirtest. hiirtel on pluss-pluss genotüüp ja vastavalt normaalne värvus ning pooltel, 50% -l on pluss või miinus genotüüp ning vastavalt valged käpad ja saba. Need on koolis õpitud Mendeli seadused.
Kuid lõpuks avastasid nad mingil põhjusel, et 95% ellujäänud hiirtest olid valged käpad ja saba. Kuidas see juhtuda sai? Hakkasime genotüüpi vaatama, õnneks on seda nüüd üsna lihtne teha. Ja selgus, et genotüübiga oli kõik korras, veerand hiirtest oli pluss-pluss genotüübiga ja peaks olema normaalse värvusega, aga neil olid valged käpad ja saba. See tähendab, et selgub, et neil hiirtel ei ole valgete jalgade ja valge saba geeni, kuid neil on see omadus. Kust tuleb omadus, kui geeni pole? Ehk siis selgus, et antud juhul pärilikku infot DNA kaudu ei edastata, sest DNA-s on üks asi kirjas, aga me näeme midagi muud. Mis siis saab, kui seda tunnust ei edasta DNA? Loomulikult langes kahtlus kõigepealt RNA-le. Geeni mutantsest koopiast loetav RNA eraldati pluss- või miinusgenotüübiga hiirtelt. Need killud sisestati metsiku hiire muna, kelle perekonnas ei olnud kunagi valgeid saba. Tulemuseks oli valge saba ja valge jalaga hiir. See on ilmselgelt see RNA, mis pärineb vanematelt või on spetsiaalselt sisse viidud, see mutantne RNA mõjutab kuidagi normaalset RNA-d, mida loetakse normaalsest geenist. Mutantne RNA muudab normaalse RNA ebanormaalseks RNA-ks ja see on päritav.
Hiirtega tehtud katse näitas, et mõnel juhul saab pärilikku teavet edastada RNA kaudu. Nii saab selgeks, et töö elusrakkudes on informatsiooniga palju keerulisemalt korraldatud, kui geneetika klassika eeldas.
.jpg)